Monaka

2013 年 2 月 26 日

MIDIプロトコルを使った

フィジカルコンピューティング用のプラットフォーム

もなか(Monaka)

English Page is here

1.はじめに

Monaka（もなか）はMIDIをベースとしたフィジカルコンピューティング用のプラットフォームです。

パソコンに外部センサやアクチュエータなどの入出力装置を接続するためのデバイスです。Monakaを使うことで、簡単にパソコンから制御するUSB装置を作成することができます。

（１）MIDI装置として利用する場合

ホストとの通信にはMIDIを使っていますので、パソコンとつながる楽器はソフトウエアの作成なしで簡単に作れます。

（２）Open Sound Control(OSC)から利用する場合
MIDIの次の規格としてOSCプロトコルが使われています。Monome用にOSCをベースとしたシーケンサソフトなどが発表されています。プロトコル変換を行うMonaka-OSCというプログラムをパソコンで実行しておくことで、 OSCからMonakaを使うことができます。

（３）その他のプログラム言語から利用する場合
音楽を鳴らすなどの用途以外には、ホスト側でソフトウエアを作成する必要があります。OSC/MIDIともにフリーで公開されているライブラリを利用すると便利です。

rerofumiさんの「奏（かなで）」にインスパイヤされて実装しました。

Monaka for Gingerでは、モード１、２は奏とほぼ同じ仕様にしています。

2. 特徴

ホストからのMIDIメッセージによってポートの制御をします。またポートからの入力でMIDIメッセージを送出します。現在はデジタル入出力をノートオン／ノートオフで扱う仕組みにしています。
Ginger/Pepper用のハードウエアをそのまま使います。

Ginger/Pepperに実装したMonakaをそれぞれMonaka for Ginger, Monaka for Pepperと呼びます。ピン数やモードなどの仕様が異なります。

Arduinoに実装したMonaka for Arduinoは-Monaka for Gingerの派生品で基本機能は変わりません。
V-USBプロトコルスタックを使った、V-USB-MIDIを使って実現しています。パソコン側はドライバ要らずに認識されます。(MacOS 10.4,10.5, Windows XP)
用途に応じて入出力ピンの仕様を変更する動作モードがあります。GainerのCONFIGに相当します。

MIDI経由でCONTROL CHANGE (local control)メッセージによってモードを変更することが出来ます。また、一度設定したモードはAVRチップ内部のEEPROMに保持されます。再度変更するまで電源を切っても消えません。Monaka-OSCの機能で変更できます。

３．Monaka for Ginger

Monaka for GingerはATMega88を使って16本までの入出力を行うことが出来ます。次のモードをサポートしています。

モード１：８ビットモノ＋ポリ出力モード
モード２：ポリ出力モード
モード３：トリガ出力モード
モード４：アナログ入出力モード
モード５：入力モード
モード６：コード入力モード
モード７：マトリックスLED/KEYモード
モード８：サーボモータ制御モード

各モードの詳しい説明はこのページに記述しました。

４．Monaka for Pepper

Monaka for PepperはATTiny85を使って4本までの入出力を行うことが出来ます。 Monaka for Pepperは次のモードをサポートしています。

モード１：ポリ出力モード
モード２：コンビモード
モード３：トリガ出力モード
モード４：アナログ入出力モード
モード５：入力モード
モード６：アナログ入出力モード
モード７：マトリックスLED/KEYモード
モード８：サーボモータ制御モード

各モードの詳しい説明はこのページに記述しました。

５．Monaka for Arduino

Monaka for ArduinoはArduinoにV-USBの付加回路を付けてシールド化したものです。ソフトはほとんどGingerと同じですが以下の点が異なります。

CPUが異なります。(Mega328)
CPUの動作周波数が異なります。(16MHz)
ピン配置はArduinoのものを読み替える必要があります。

このため、別のファームになります。

現在のバージョンはArduinoのブートローダから書き込むと動作しません。ヒューズビットを書き換えて、いきなりMonakaが起動するように設定をする必要があります。

V-USBのサポートのために本体とは別にUSBコネクタを増設する必要があります。このため、Monaka( V-USB)シールドを開発中です。回路図はこちらを参照下さい。

モードの説明は、Monaka for Gingerに準じます。

６．Monaka-OSC(Open Sound Control)ブリッジ

MonakaのMID信号とOpen Sound Controlを
ブリッジするプログラムです。

Monakaのモードの設定機能もあります。

詳細に関してはこのページにまとめました。

7. 制限と今後の発展

MIDIチャンネルは１固定です。USBではデイジーチェーンすることはないので、チャネル固定でも困ることは少ないと思います。もしかすると、ポリ出力のMIDIの出力先チャンネルを分けると便利かもしれません。ユースケースや要望があれば検討します。
現在はデジタル入出力とそれに対応したノートメッセージのみ実装しています。アナログ信号をCCメッセージで扱うように拡張する予定です。

8. ダウンロード

ファームウエア

コンパイル済みファームウエア monaka-20100630-hex.tgz

pepper-monak -> Tiny85: FUSEH = 0x5d, FUSEL = 0xe1

ginger-monaka -> Mega88 FUSEH = 0xc1, FUSEL = 0xdf

ソースコード一式 monaka-20100630.tgz

ブートローダ(Arduino-monaka用) USBaspLoader-for-monaka-20100918.tgz

PC用制御プログラム

•Monaka-OSC(MonakaOSC.zip)

ドキュメント

•ピンコンフィグレーションチャート(PIN.pdf)

•Implementation chart (monaka-chart.pdf)

•Make Tokyo Meeting資料(monaka@MTM03.pdf)

•Make Tokyo Meeting資料(ginger-monaka@MTM04.pdf)

9. 応用事例

Monakaを使った作品をこちらにまとめました。

（2009年８月７日追記）

奏の作者であるrerofumiさんに作成の報告を頂きました。多謝。